고분자 하이드로겔은 3차원 망상구조를 가지면서 과량의 수분을 함유하는 고분자 네트워크를 말한다. 하이드로겔은 고함수율을 비롯한 자극응답성, 저마찰성, 생체적합성 등의 특징으로 인해 다양한 분야로의 응용이 기대되고 있지만, 일반적인 하이드로겔은 고함수율과 네트워크의 불균일성에 기인하여 낮은 역학적 물성을 갖기 때문에 응용에 제한이 되어왔다. 이를 개선하기 위해 나노복합체 하이드로겔, 고리형 하이드로겔, tetra-PEG 하이드로겔, 이중 네트워크(double ...
고분자 하이드로겔은 3차원 망상구조를 가지면서 과량의 수분을 함유하는 고분자 네트워크를 말한다. 하이드로겔은 고함수율을 비롯한 자극응답성, 저마찰성, 생체적합성 등의 특징으로 인해 다양한 분야로의 응용이 기대되고 있지만, 일반적인 하이드로겔은 고함수율과 네트워크의 불균일성에 기인하여 낮은 역학적 물성을 갖기 때문에 응용에 제한이 되어왔다. 이를 개선하기 위해 나노복합체 하이드로겔, 고리형 하이드로겔, tetra-PEG 하이드로겔, 이중 네트워크(double network, DN) 하이드로겔이 개발되었다. 이중 DN 하이드로겔은 뛰어난 역학적 물성을 나타내었지만, 화학적 가교 결합으로 인해 낮은 피로저항성, 낮은 가공성 등을 갖기 때문에 실제 응용이 제한되고 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 최근에는 화학적 가교 결합이 아닌 물리적 가교 결합을 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근 정전기적 인력으로 가역적 물리 가교 결합을 형성하는 고인성 하이드로겔인 polyampholyte (PA) 하이드로겔이 보고되었다. PA 하이드로겔은 기존의 이중 네트워크 하이드로겔보다 초기탄성계수 값이 약 10배정도 (1-10MPa) 큰 값을 가진다. 또한 가역적인 이온 가교 결합을 통해 가교를 형성하기 때문에 회복력이 뛰어나고, 자가 치유 등의 특성을 나타낸다. 그리고 PA 하이드로겔은 네트워크 내에 다량의 이온을 함유하기 때문에 다른 이온을 가지는 하이드로겔이나 혹은 소재, 표면 등과 점착력을 가진다. 하지만 PA 하이드로겔의 응집력이 높아 점착력은 낮은 편이다. Part 1에서는 기존의 PA 하이드로겔의 점착력을 보다 증진시키기 위해 중성 단량체 DMAAm과 HEMA를 첨가하여 이온 가교 결합의 밀도를 감소시킴으로서 응집력을 감소시켜 점착력을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 중성단량체를 첨가하여 PA 하이드로겔을 제조하고, 이에 따른 역학적 물성, 회복율, 자가 치유 특성, 점착 특성을 확인하였다. DMAAm을 첨가하였을 경우가 HEMA를 첨가한 경우보다 뚜렷한 역학적 물성의 감소를 나타냈으며, 회복율과 자가 치유 특성은 유사하였다. DMAAm을 첨가한 경우에서는 점착특성을 확인하였으며, HEMA를 첨가한 경우에는 점착 특성이 없었다. 최근 기존의 PA 하이드로겔과 유사한 polyion complex (PIC) 하이드로겔이 보고되었다. PIC 하이드로겔은 먼저 한쪽 이온을 중합시켜 폴리머로 제조한 후, 반대 이온을 가지는 단량체를 첨가하여 하이드로겔을 제조한다. 이와 같이 제조하게 되면 랜덤 코폴리머 형태를 갖는 PA 하이드로겔과는 달리 고분자 사슬은 호모폴리머 형태를 갖게 되므로, PA 하이드로겔보다 네트워크에 결함부분이 적게 되고, 그러므로 PIC 하이드로겔은 보다 뛰어난 역학적 물성, 회복력, 자가 치유 특성, 자유 가공성을 갖는다. 또한 PIC 하이드로겔의 제조방법을 통해 생체유래 고분자로도 하이드로겔의 제조가 가능하다. Part 2에서는 다양한 종류의 합성 단량체, 합성 고분자, 생채유래 고분자를 이용하여 PIC 하이드로겔의 제조를 시도하였다. 역학적 물성을 고려하여 MPTC/PNaSS 유형, DMAEA-Q/PNaSS 유형, chitosan/AMSP 유형을 선정하였고, 이에 따른 역학적 물성, 회복율, 자가 치유 특성을 확인하였다. 3가지 유형 모두 뛰어난 역학적 물성을 나타냈다. 그리고 MPTC/PNaSS 유형과 DMAEA-Q/PNaSS 유형은 뛰어난 회복율과 자가 치유 특성을 나타냈지만, chitosan/AMPS 유형은 회복력과 자가 치유 특성이 매우 낮았다.
고분자 하이드로겔은 3차원 망상구조를 가지면서 과량의 수분을 함유하는 고분자 네트워크를 말한다. 하이드로겔은 고함수율을 비롯한 자극응답성, 저마찰성, 생체적합성 등의 특징으로 인해 다양한 분야로의 응용이 기대되고 있지만, 일반적인 하이드로겔은 고함수율과 네트워크의 불균일성에 기인하여 낮은 역학적 물성을 갖기 때문에 응용에 제한이 되어왔다. 이를 개선하기 위해 나노복합체 하이드로겔, 고리형 하이드로겔, tetra-PEG 하이드로겔, 이중 네트워크(double network, DN) 하이드로겔이 개발되었다. 이중 DN 하이드로겔은 뛰어난 역학적 물성을 나타내었지만, 화학적 가교 결합으로 인해 낮은 피로저항성, 낮은 가공성 등을 갖기 때문에 실제 응용이 제한되고 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 최근에는 화학적 가교 결합이 아닌 물리적 가교 결합을 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근 정전기적 인력으로 가역적 물리 가교 결합을 형성하는 고인성 하이드로겔인 polyampholyte (PA) 하이드로겔이 보고되었다. PA 하이드로겔은 기존의 이중 네트워크 하이드로겔보다 초기탄성계수 값이 약 10배정도 (1-10MPa) 큰 값을 가진다. 또한 가역적인 이온 가교 결합을 통해 가교를 형성하기 때문에 회복력이 뛰어나고, 자가 치유 등의 특성을 나타낸다. 그리고 PA 하이드로겔은 네트워크 내에 다량의 이온을 함유하기 때문에 다른 이온을 가지는 하이드로겔이나 혹은 소재, 표면 등과 점착력을 가진다. 하지만 PA 하이드로겔의 응집력이 높아 점착력은 낮은 편이다. Part 1에서는 기존의 PA 하이드로겔의 점착력을 보다 증진시키기 위해 중성 단량체 DMAAm과 HEMA를 첨가하여 이온 가교 결합의 밀도를 감소시킴으로서 응집력을 감소시켜 점착력을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 중성단량체를 첨가하여 PA 하이드로겔을 제조하고, 이에 따른 역학적 물성, 회복율, 자가 치유 특성, 점착 특성을 확인하였다. DMAAm을 첨가하였을 경우가 HEMA를 첨가한 경우보다 뚜렷한 역학적 물성의 감소를 나타냈으며, 회복율과 자가 치유 특성은 유사하였다. DMAAm을 첨가한 경우에서는 점착특성을 확인하였으며, HEMA를 첨가한 경우에는 점착 특성이 없었다. 최근 기존의 PA 하이드로겔과 유사한 polyion complex (PIC) 하이드로겔이 보고되었다. PIC 하이드로겔은 먼저 한쪽 이온을 중합시켜 폴리머로 제조한 후, 반대 이온을 가지는 단량체를 첨가하여 하이드로겔을 제조한다. 이와 같이 제조하게 되면 랜덤 코폴리머 형태를 갖는 PA 하이드로겔과는 달리 고분자 사슬은 호모폴리머 형태를 갖게 되므로, PA 하이드로겔보다 네트워크에 결함부분이 적게 되고, 그러므로 PIC 하이드로겔은 보다 뛰어난 역학적 물성, 회복력, 자가 치유 특성, 자유 가공성을 갖는다. 또한 PIC 하이드로겔의 제조방법을 통해 생체유래 고분자로도 하이드로겔의 제조가 가능하다. Part 2에서는 다양한 종류의 합성 단량체, 합성 고분자, 생채유래 고분자를 이용하여 PIC 하이드로겔의 제조를 시도하였다. 역학적 물성을 고려하여 MPTC/PNaSS 유형, DMAEA-Q/PNaSS 유형, chitosan/AMSP 유형을 선정하였고, 이에 따른 역학적 물성, 회복율, 자가 치유 특성을 확인하였다. 3가지 유형 모두 뛰어난 역학적 물성을 나타냈다. 그리고 MPTC/PNaSS 유형과 DMAEA-Q/PNaSS 유형은 뛰어난 회복율과 자가 치유 특성을 나타냈지만, chitosan/AMPS 유형은 회복력과 자가 치유 특성이 매우 낮았다.
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